Download Apoptosis - Saber ULA
Document related concepts
Transcript
ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 Ximena Páez Facultad Medicina ULA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 I. INTRODUCCIÓN II. PATOGENIA MOLECULAR III. ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS IV. FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 I. INTRODUCCIÓN 1. Neurodegeneración 2. Envejecimiento y Demencia 3. Enf. Neurodegenerativas Historia Natural Clasificaciones: actual y futura Causas. Mecanismos patogénicos 4. Muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neurodegeneración Autofagia ESTRÉS OXIDATIVO apoptosis DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL ? Excitotoxicidad Priones Inflamación metales agregación de proteínas Ciclo necrosis celular degradación de proteínas muerte neuronal Mal plegamiento de proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Muerte neuronal en Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tipos de células en el cerebro • Neuronas • Glia Astrocitos Oligodendrocitos Microglia •C. endoteliales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Dendritas cuerpo Axón núcleo Mielina Dirección del impulso Una neurona ! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neurona hipocampal GFP http://www.greenspine.net/en/mGFP_neuron2.html http://www.greenspine.net/en/GFP_neuron.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas y Astrocito http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/08705a.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas hipocampo (verde) Glia (rojo) http://www.greenspine.net/en/neurons_and_glial_cells.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Interacción microglia vasos angiogénesis Microglia Células endoteliales microcirculación http://www.grad.ucl.ac.uk/comp/2008-2009/research/gallery/entries/042.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 ¿POR QUÉ MUEREN LAS NEURONAS? * NO se sabe QUÉ las lleva a la muerte en una enfermedad particular * No se sabe si la diversidad de disfunciones celulares son primarias o secundarias X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 La muerte neuronal NO es indiscriminada • Poblaciones específicas • Áreas específicas funcional y anatómicamente conectadas Estriado HD aunque estén separadas Ej. Estriado en Enf . Huntington Hipocampo, corteza en Enf. Alzheimer Degeneración Transneuronal en ALS, motoneuronas de corteza y médula espinal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Corteza Hipocampo AD ¿Por qué? UBICACIÓN Y EXTENSIÓN DEL DAÑO En la mayoría de las Enf. ND se conoce la localización, pero NO la extensión de la lesión X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Establecer la EXTENSIÓN es difícil - examen incompleto - cuantificación no rigurosa - las neuronas enfermas pueden perder marcadores usados para identificarlas y contarlas Estimación de DISTRIBUCIÓN Y MAGNITUD de muerte debe hacerse con cuidado X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 El proceso de MUERTE en la célula ocurre porque: º Se dispara un programa autodestructor º Es dañada por otras células º Es dañada por neurotóxicos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA MUERTE NEURONAL • Estrés oxidativo: aumenta ROS y/o disminuyen antioxidantes • Disfunción mitocondrial/falla metabólica • Sobrecarga de calcio intracelular • Excitotoxicidad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 ¿Qué se ve? * PÉRDIDA LOCAL DE NEURONAS Y GLIOSIS REACTIVA * NEURONAS SOBREVIVIENTES - forma y tamaño alterados - reducción de prolongaciones - fragmentación de organelos - vacuolización y condensación de cromatina * INCLUSIONES INTRANEURONALES X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas Neuronas dañadas dañadas Neuronas sanas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas In Vitro Neuronas sanas http://ladulab.anat.uic.edu/images/neurons.jpg Neuronas enfermas y muertas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas sanas Neuronas lesionadas por hipoxia http://www.sciencedaily.com/images/2009/01/090116175214.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neurona normal núcleos (azul), LRRK2 proteína kinasa (verde) Neurona degenerada encogida y núcleo comienza a fragmentarse, que expresa LRRK2 mutada (Parkinson) http://www.dana.org/uploadedImages/News_and_Publications/Special_Publications/Articles/4-genetic_discoveries-1.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas sanas Neuronas lesionadas (isquemia) Cresyl violeta Neuronas con nucleolo intacto y cuerpos de Nissl Hematoxilina eosina Neuronas “azul oscuro” luego de daño irreversible Patrón normal de neuronas sanas cuerpo y prolongaciones Encogimiento núcleo y vacuolización citoplasma http://www.nf.mpg.de/index.php?id=76&L=1 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 TIPOS DE MUERTE NEURONAL * Muerte no deseada: Necrosis * Muerte programada regulada conveniente: Apoptosis * Muerte programada no Apoptótica: Autofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 NECROSIS vs. APOPTOSIS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 NECROSIS “Muerte celular incontrolada que lleva a lisis celular, respuesta inflamatoria y potencialmente a problemas de salud” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 NECROSIS “Proceso patológico causado por acción degradativa enzimática, asociado con severo trauma celular. Hay edema mitocondrial, floculación nuclear, lisis celular descontrolada, respuesta inflamatoria y muerte” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 NECROSIS Muerte celular pasiva Afecta a un grupo de células Vasculitis necrotizante http://www.medscape.com/viewarticle/403759_2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 “Una porción de tejido muere por: pérdida de aporte sanguíneo, corrosión, quemadura o lesión local por enfermedad” Ej. “el infarto” La célula NO se quiere morir... X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Necrosis • En isquemia aguda o trauma • Colapso bioquímico generación de excitotoxinas, ROS y aumento de calcio • Edema nuclear y mitocondrial, disolución de organelos y condensación de cromatina alrededor del núcleo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Necrosis • Ruptura de membranas nuclear y plasmática, LISIS • Degradación de ADN por cortes al azar • Ocurre rápidamente, difícil de tratar o prevenir X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 NECROSIS Falta de oxígeno nutrientes Deterioro de la membrana celular Falta de ATP en la célula Liberación de enzimas causa inflamación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Mecanismos que inducen Necrosis 1. Hipoxia/isquemia inhiben respiración aeróbica: disminución de ATP 2. Generación de especies oxígeno reactivas (ROS) 3. Defectos en la permeabilidad de la membrana: daño de la membrana 4. Alteración de la homeostasis del calcio: entrada de calcio X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MUERTE NEURONAL POR NECROSIS Entrada excesiva Calcio Disminución de ATP Calpainas ROS y RNS Proteasas no lisosomales Alteraciones de proteínas y enzimas MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 APOPTOSIS “Proceso de autodestrucción celular determinado genéticamente, caracterizado por fragmentación del ADN nuclear, que elimina ADN dañado o superfluo, y células dañadas no queridas o no necesarias” “Serie normal de eventos en una célula que lleva a su muerte” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 APOPTOSIS Autodestrucción activa Afecta a una célula aislada http://www.bmt.tue.nl/research/unit%20descriptions/apoptosis.GIF X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis “Parte normal del desarrollo, las células mueren en respuesta a una serie de estímulos, de manera regulada, ordenada” “La célula tiene papel activo en su propia muerte” (suicidio celular) La célula quiere o necesita morirse... X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ejemplos de apoptosis en el desarrollo y vida adulta • Separación de dedos en el embrión • Desarrollo de conexiones neuronales • Remoción células epiteliales GI • Remoción de glóbulos rojos viejos • Regulación S. inmune X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 http://mcb.berkeley.edu/courses/mcb130L/Originals/ APOPTOSIS Disparo programa muerte celular Señales intracel. caspasas Fragmentación de célula en vesículas Fagocitosis por células vecinas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Algo anda mal y no se puede reparar La célula programa eliminarse http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/apoptosisprocess X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Célula sana Lesión a la célula Errores genéticos que resultan del daño Algunos errores quedan Célula incapaz de reparar Célula Todos los intenta repararlos errores reparados Lesión adicional Célula programa morir por apoptosis Proceso Apoptótico 1. La célula recibe señales apoptóticas 2. Serie de cambios bioquímicos y morfológicos 3. Activación de caspasas - Rompen proteínas estructurales membrana y núcleo - Activan enzimas que fragmentan e inhiben enzimas que reparan ADN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Proceso APOPTÓTICO Bulas de membrana Se frunce la célula cromatina se condensa Lisis Cuerpos apoptóticos Formación cuerpos apoptóticos Colapso núcleo más Bulas http://www.microbiologybytes.com/virology/kalmakoff/baculo/pics/Apoptosis.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Condensación núcleo picnosis Proceso APOPTÓTICO Bulas Fruncimiento de célula Fraccionamiento núcleo cariorrexis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cuerpo apoptótico Fagocito engullendo cuerpos apoptóticos Proceso APOPTÓTICO Cromatina heterogenea Reducción volumen Condensación cromatina Marginación cromatina No derrame de contenidos No inflamación Colapso núcleo Fragmentación ADN Cuerpos apotóticos http://www.copewithcytokines.de/apoptosis.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Citoplasma se constriñe Núcleo se condensa en “herradura” APOPTOSIS Célula muriendo Cambios morfológicos Continua constricción Cuerpos apoptóticos http://www.reading.ac.uk/nitricoxide/intro/apoptosis/index.htm X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cromatina Condensada Células apoptóticas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 SH-SY5Y cells Óxido nítrico Apoptosis por Neuronas corticales Óxido nítrico BAX (verde) acción de óxido nítrico (NO) Cambios en citoplasma y núcleo va a mitocondrias distribución no homogénea http://depts.washington.edu/neurosur/research/images/morrison_5.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 * Para ser fagocitadas las células apoptóticas disparan la respuesta de macrófagos traslocando fosfatidilserina al exterior de la membrana * Los macrófagos remueven las células apoptóticas limpiamente X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Leucocito Célula apoptótica Fagocitosis de célula apoptótica http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/apoptosismacrophage.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 NECROSIS VS. APOPTOSIS Daño celular Disparadores Expresión genética APOPTOSIS NECROSIS Contenido retenido Contenido liberado FAGOCITOSIS INFLAMACIÓN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Reconocimiento de cuerpos apoptóticos NO INFLAMACIÓN VÍAS DE APOPTOSIS 1. Receptores de muerte 2. Mitocondria 3. Retículo endotelial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 1 2 3 INDUCCIÓN DE APOPTOSIS 1. Estímulos extrínsecos Ligandos a receptores de muerte Granzima de linfocitos T citotóxicos 2. Estímulos intrínsecos vía mitocondrial ESTRÉS CELULAR Disminución de factores neurotróficos Radiación, químicos, infección viral ESTRÉS OXIDATIVO Aumento de ROS/disminución antioxidantes 3. Vía retículo endotelial Por alteración homeostasis del Ca++ Por activación de caspasa 12 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Vías de APOPTOSIS 2 Vía mitocondrial 1 Recep. muerte Estrés RE 3 Caspasas ejecutoras Muerte neuronal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Receptor muerte Inducción Apoptosis 1. Señales Extrínsecas Infección viral -Vía Receptores de Muerte -Granzima Radiaciones ionizantes 2. Señales intrínsecas Vía mitocondrial Granzima Receptor muerte Estrés celular Falta F. Crec. nutrientes Estrés oxidativo ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 1 Apoptosis Vía Extrínseca Receptores de MUERTE Disparan apoptosis en segundos 1. TNF1 Apoptosis, Activación genes proinflamatorios y genes inmunomoduladores 2. CD95 o Fas Apoptosis en sitios privilegiados (SNC) 3. TRAIL (DR4-DR5) Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 1 Inducción Apoptosis Vía Extrínseca Receptores Muerte Ligando TNF a Ligando CD95 Receptor Muerte TNF R CD95 Fas L Proteína adaptadora TRADD Procaspasa FADD Procasp 8 TRAIL DR4 DR5 FADD TRAF2 NF-kb; JNK AP1 Procasp 8 Cascada de apoptosis APOPTOSIS Inflamación Inmuno modulación APOPTOSIS APOPTOSIS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 1 Receptores de Muerte TNFR1 (Superfamilia de genes TNF) Trimerización Proteínas adaptadoras Dominios muerte Procaspasa 8 Caspasa 8 Caspasa 9 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis Vía señalización Inducción Genes proinflam. Inmunomodulación Receptores FasL o CD95 1 Receptores de muerte (Superfamilia de genes TNF) CD95 receptor FADD Procaspasa 8 } DISC Death inducing signaling complex Procaspasa 8 Caspasa 8 Proteína adaptadora FADD Caspasa 3 Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 2 Apoptosis Vía Intrínseca Mitocondria ROS ATP fosforilación oxidativa producción ATP generación ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 2 Vía Intrínseca Mitocondrial Inducción Flia. Bcl2 Estrés Celular Radiaciones Químicos Infección viral Estrés Oxidativo Deprivación F. Crec. ROS Mitocondria AIF Endonucleasa G Caspasa independ Cit c Apoptosoma Inhibe inhibidores SEÑALES que inducen LIBERACIÓN de mediadores de apoptosis de la mitocondria Muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 2 Vía Intrínseca Mitocondrial Flia. Bcl2 ROS Cascadas Moléculas mitocondriales que MEDIAN vías apoptóticas Mitocondria AIF Endonucleasa G Caspasa independ Cit c Apoptosoma Inhibe inhibidores 1. Caspasa independientes 2. Caspasa dependientes Muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 APOPTOSIS Staurosporin estimula apoptosis Factor inductor de Apoptosis AIF Apoptosis caspasa independiente Receptores muerte Caspasas ejecutoras Bulas membran a Fragmentación núcleo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis 1. Vía Receptores de Muerte: Activan caspasas Iniciadoras 8 y 10 que activan a las Efectoras 3 , 6 y 7 que clivan proteínas estructurales responsables de cambios morfológicos y fragmentación nuclear 2. Vía Mitocondrial Se forma el Apoptosoma, rueda de 7 moléculas de APAF1, citocromo C y procaspasa 9 que activa caspasa 9 que activa la Efectora 3 y otras responsables de cambios morfológicos y fragmentación nuclear X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 La SENSIBILIDAD de la célula a Estímulos Apoptóticos depende del: BALANCE entre proteínas PRO y ANTI-apoptóticas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 FAMILIA PROTEÍNAS Bcl2 1. Pro: Bax y Bad (citosol) Sensores de daño o estrés celular Forman POROS transmembrana en la mitocondria 2. Anti: Bcl2 y BclXL (mitocondria) Evitan que las Pro formen el poro X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 En APOPTOSIS las proteínas Pro y Antiapoptóticas interactúan sobre la membrana mitocondrial forman POROS y desencadenan CASCADAS CASPASA dependiente y CASPASA independiente X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 BALANCE PROTEÍNAS FAMILIA BCL2 Aumento de Proteínas Aumento de Proteínas Anti-Apoptóticas Pro-Apoptóticas Bcl2 BclXL SOBREVIDA BAD BAX MUERTE X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Bcl2 BclXL Antiapoptóticas sobre mitocondria Bcl2 BAD BAD, BAX Proapoptóticas en citosol Apaf-1 APOPTOSOMA Procaspasa 9 PORO transmembrana (PT): * Eflujo Cit C y AIF *Disminución Vm mt Cascada de caspasas Factor inductor apoptosis AIF Bax X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cascada de caspasas Señales apoptóticas Desfosforilación Bad Liberación Bad Citocromo c Apoptosoma Cascada caspasas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Dominio de reclutamiento de caspasa Cascada de caspasas Formación del apoptosoma Citocromo c Apaf Apaf Factor activante apoptótico Monomérico citosol Enlace citocromo c Dominio oligomerización Procaspasa 9 Oligomerización Apoptosoma http://www.nature.com/nrm/journal/v9/n7/images/nrm2434-i2.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cascada de caspasas Apoptosoma Apaf1 Citocromo c Procaspasa 9 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cuando se ABRE UN PORO en la membrana mitocondrial: 1. Pérdida del potencial de membrana (Vm mt) 2. Eflujo de citocromo C (vía caspasa dependiente) 3. Eflujo de Factor Inductor de Apoptosis (AIF) (vía caspasa independiente) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Estímulos apoptóticos Liberación Cit c Apoptosoma Caspasa 3 activa Apoptosis http://www.bumc.bu.edu/phys-biophys/files/2010/04/intrinsic-apoptotic-pathway.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ca++ Exceso Ca++ Excitotoxicidad Químicos radiaciones Ca++ Activación calpaína Bcl2 APOPTOSOMA Cit c ROS Vm mt Mitocondria Cascada de Caspasas efectoras 3,6,7 AIF Fragmentación ADN Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Señales supervivencia Estímulos Hipoxia ROS Ligandos Inducen muerte Aumento expresión Proteínas antiapoptóticas http://emedicine.medscape.com/article/812407-overview X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Señales de supervivencia Estrategias neuroprotectoras implican activación de receptores de supervivencia via eritropoyetina (EPO) http://emedicine.medscape.com/article/812407-overview X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 CASPASAS Familia de cisteína proteasas que se activan luego de inducción de apoptosis Inductoras Vía Receptores de Muerte: caspasas 8 y 10 Vía Mitocondria: caspasa 9 Vía estrés Retículo endoplásmico: caspasa 12 Ejecutoras 3, 6 y 7 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 EFECTOS DE CASPASAS 1. Inactivación de enzimas que reparan ADN: PARP polimerasa poliADP ribosa 2. Inactivación de enzimas implicadas en replicación: ADN topoisomerasa II 3. Destrucción de proteínas estructurales del núcleo lamin, y de citoplasma actina 4. Fragmentación ADN activan CAD (ADN asa) que fragmenta al núcleo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 EFECTOS NUCLEARES Fragmentación nucleosomal de ADN Caspasa 3 Caspasa 3 CAD cliva ICAD, deja ADNasa activada que fragmenta ADN Nucleosoma cliva PARP, no se puede sintetizar PAR que repara ADN Fragmento ADN Caspasa 3 PARP sintetiza PAR que repara ADN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Acción de caspasas Vía receptores muerte Fragmentación de ADN nuclear Caspasa 3 activa cliva a ICAD Caspasa 8 activa cliva a caspasa 3 CAD fragmenta ADN CAD=Caspase Activated Deoxyribonuclease X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis * Es la forma predominante de muerte en ND * Se activan proteasas que destruyen moléculas que se necesitan para sobrevivir El citoplasma y núcleo se condensan, mitocondrias, ribosomas y cromatina se agregan X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis * Los cuerpos apoptóticos y el ADN cromosómico son clivados en fragmentos internuclosomales de 180 bp * Disminuye el potencial de membrana de la mitocondria * Hay acidificación intracelular, generación de ROS y externalización de residuos fosfatidilserina para permitir fagocitosis por macrófagos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis Señales de muerte • • • • Estrés oxidativo Glutamato Dism F. Crec. Mutación genética fosfatidilserina bulas Proteolisis endonucleasas Núcleo Fase Inicio Núcleo Fase Efectora Fase Degradación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 http://www.nearingzero.net/screen_res/nz253.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis en estados patológicos Aumento - En neurodegeneración: AD, PD - En trofoblastos en relación con preeclampsia Disminución - En cáncer proliferación de células - En enfermedades autoinmunes proliferación células sinoviales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 En Neurodegeneración ocurre apoptosis y necrosis pero, predomina APOPTOSIS excesiva X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cascada de Vida Mitocondria en la vida y muerte celular Aumenta producción de: Proteínas antiapoptóticas Enzimas antioxidantes Inhibidores de apoptosis Apoptosis en neurodegeneración a nivel de la sinapsis Cascada de Muerte M.P. Mattson Apoptosis in neurdegenerative disorders Nature Reviews Molecular Cell Biology 1: 120-30, 2000 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Aumenta: Actividad RGLU Entrada Ca++ externo y del RE al citosol Inducción cascadas apoptóticas Rol de mitocondria en apoptosis Apoptosis Citosol Prot. Pro Daño ADN apoptótica Prot. Anti apoptótica Proteínas en el espacio intermembrana Matriz Nature 443; 787-95,2006 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MINOCILINA Antibiótico que inhibe la permeabilidad de la mitocondria que media liberación de citocromo c y por tanto evita apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis en Alzheimer Amiloide beta Vía mitocondrial Estrés oxidativo Vía Receptores muerte Caspasa 3 Apoptosoma Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis en Alzheimer En cerebros de pacientes con AD se ha encontrado aumento de actividad de caspasa 6 que no aparece en sanos. La actividad de caspasa 6 aumenta cuando las células están bajo estrés. Las neuronas sanas expuestas a caspasa 6 degeneran X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis en modelo de ALS En 2% ALS hay mutaciones del gen SOD1 que llevan a la muerte de motoneuronas APOPTOSIS EN MOTONEURONAS Condensación de cromatina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis en modelo de ALS Motoneuronas Cromatina condensada a. b. c. d. Condensación de cromatina motoneuronas asta anterior med. esp. Movilización de BAX de citosol a membrana mitocondrial Movilización citocromo c a la inversa Caspasa 7 activada en el curso de la enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tipos de muerte neuronal 1. Necrosis 2. Apoptosis 3. Autofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia • Degradación de componentes citosólicos en lisosomas • Importancia reciente en neuronas • Acumulación de autofagosomas en neurodegeneración ¿Es bueno o malo? Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia ¿Es un testigo inocente de muerte celular? ¿Es una vía ejecutora de muerte directa? ¿Es un mecanismo de defensa que falló? ¿ Es un mecanismo que limpia remanentes de la célula que ya decidió morir? ¿O es todo esto? Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia AUMENTA cuando la célula necesita Supervivencia Nutrientes y ATP, velocidad baja en condiciones normales Remodelar arquitectura Eliminar componentes dañados por estrés oxidativo, agregados proteicos Muerte Ser fagocitada, velocidad alta como mecanismo de muerte programada X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Apoptosis • Colapso citoesqueleto • Preservación de organelos • Fragmentación ADN • No inflamación vs Autofagia • Preservación citoesqueleto • Degradación de organelos • No fragmentación ADN • No inflamación vs. Necrosis • Disolución de la célula • Hay Inflamación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tipos de Autofagia • Macroautofagia Secuestración de citosol por autofagosomas • Microautofagia Secuestración de citosol por invaginación membrana lisosómica • Autofagia mediada por chaperonas La carga es selectivamente reconocida por complejo de chaperonas citosólicas que la entregan al lisosoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 TIPOS DE AUTOFAGIA Autofagia mediada por chaperona Proteína Macro autofagia Micro autofagia Lisosoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AUTOFAGIA Autofago lisosoma Autofagosoma Lisosoma Macro autofagia Micro autofagia Preautofagosoma http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Macro-micro-autophagy.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Pasos en la formación y maduración de autofagosomas Endosoma multivesicular Autofagosoma Lisosoma Anfisoma Autolisosoma http://www.helsinki.fi/bioscience/biochemistry/pictures/Figure1Eskelinen.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Proceso autofágico Preautofagosoma Autofagosoma Proteínas citosólicas y organelos Hidrolasas Lisosoma Autolisosoma http://www.nature.com/ncb/journal/v9/n10/images/ncb1007-1102-f1.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MACRO AUTOFAGIA Autofagosomas Vesícula endosomal http://www.helsinki.fi/bioscience/biochemistry/eskelinen X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagosoma AUTOFAGIA Macroautofagia Autofagolisosoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Vacuola autofágica inicial con mitocondria, ribosomas y retículo endoplásmico Vacuola autofágica degradante http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=eurekah&part=A24952&rendertype=figure&id=A24956 Regulación Proceso de Autofagia Nutrientes activan mTOR (target of rapamicin) Complejo enzimático inhibidor No hay Autofagia Deprivación nutrientes fact. crecimiento Rapamicina Inactivan mTOR Inducen Autofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inhibición de mTOR Falta nutrientes Autofago lisosoma Anclaje y fusión con el lisosoma Inducción Formación de autofagosoma http://www.abcam.com/ps/cms/Images/Autophagic_Pathway_480px.jpg Proceso de Autofagia Lisosoma http://nanobiotechnews.com/wp-content/uploads/2010/10/cellular_autophagy.jpg 1. Preautofagosoma 2. Membrana de aislamiento Degradación material citoplásmico 3. Autofagosoma Aminoácidos, ácidos grasos 4. Lisosoma Síntesis proteínas, ATP 5. Autofagolisosoma Supervivencia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Otras circunstancias pueden inducir autofagia: Agregados de proteínas Estrés de organelos Invasión patológica X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AUTOFAGIA Relación con muerte programada Protege o daña la célula?? Relación con neurodegeneración? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/Autophagy_(cellular) AUTOFAGIA 1. Mecanismo supervivencia 2. Autolimpieza de células que están muriendo 3. Defectos de autofagia Enfermedad ND Acúmulo de proteínas anormales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia en Neurodegeneración Inducción por aumentadores de autofagia Neurodegeneración Proteína mutada proclive a agregarse Degradación proteína mutada Reducción agregados y toxicidad Protección en modelos de ND http://www.nature.com/cdd/journal/v16/n1/fig_tab/cdd2008110f1.html#figure-title X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia y neurodegeneración Se ha considerado tanto beneficiosa como perjudicial en relación con ND Está defectuosa en algunos modelos de Enf. ND Hay evidencias de autofagia en células que están muriendo, pero puede ser que esté ayudando a supervivencia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Alteraciones en Macroautofagia en neurodegeneración • Inducción de autofagia está reducida • Represión de autofagia está aumentada • Reconocimiento de la carga está alterado • Fusión autofagosoma-lisosoma es ineficiente • Degradación de la carga autofágica es ineficiente Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia y neurodegeneración Ejemplos de alteraciones de autofagia: Alzheimer: Disminución de inducción de macroautofagia Huntington: Aumento de represión autofagia (mTOR) Alteraciones del reconocimiento de la carga Deficiente fusión con el lisosoma Alteraciones de almacenamiento lisosomal: Deficiente degradación de la carga en el lisosoma Autophagy gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia y neurodegeneración 2. mHtt y excitotoxicidad 3. 1. mHtt Activa apoptosis Inhibe autofagia Huntigtin mutada Aumenta ND http://www.nature.com/cdd/journal/v16/n1/images/cdd2008110f4.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Autofagia en neurodegeneración Proteínas mutadas Acúmulo de proteínas mutadas pueden ser limpiadas por autofagia http://nanobiotechnews.com/wp-content/uploads/2010/10/cellular_autophagy.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 RAPAMICIN A Antimicótico que por inhibir al complejo enzimático mTOR induce autofagia en modelo de Enf. Huntington y acelera la limpieza de Htt mutada agregada Y por último… X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Noviembre 2010 La necrosis se considera una forma de muerte accidental, un proceso no controlado a diferencia de apoptosis y autofagia Pero, trabajos recientes retan este dogma para considerar NECROSIS PROGRAMADA!! y la mitocondria con papel preponderante Esta visión también hace asociar esta necrosis con enfermedades como las neurodegenerativas C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Necrosis Programada Interacción PK Mitocondria PARP1 poliADP ribosa polimerasa Componentes de señalización del programa necrótico C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156 http://www.frontiersin.org/Journal/Abstract.aspx?s=689&name=mitochondrial%20physiology&ART_DOI=10.3389/fphys.2010.00156 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Necrosis Programada Proteínas flia Bcl2 Mediadores mitocondriales de necrosis programada C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156 http://www.frontiersin.org/Journal/Abstract.aspx?s=689&name=mitochondrial%20physiology&ART_DOI=10.3389/fphys.2010.00156 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MECANISMOS MOLECULARES que conducen a MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Mecanismos Patogénicos en Neurodegeneración CENTRALES Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial OTROS Agregación de proteínas anormales Disfunción de degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Alteración homeostasis de metales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 A pesar de muchas evidencias de estos procesos patogénicos en estas enfermedades, todavía hoy continua el dilema: QUIEN ES PRIMERO ? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 ¿Son causas, consecuencias, combinaciones??? ¿El huevo o la gallina? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 el siguiente... Mecanismos Patogénicos Moleculares Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010